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TiAl基合金排气阀吸铸充型和凝固过程中的模拟
TiAl基合金排气阀吸铸充型和凝固过程中的模拟
摘要
熔模铸造(ISC)代表了一种廉价和有前景的制备γ-TiAl基合金汽车排气阀工艺路线,但是ISC在模具充型和凝固的过程中金属流动的温度变化信息是薄弱的。
ISC过程是一种按顺序耦合渗流数学-热模型,基于商业有限体积/有限差分码流-三维和有限元代码软件。
它在填充和凝固阶段计算温度场流动术语,包括气泡和表面的空气夹带在充型和凝固过程中形成的缺陷的缩松预测,并对这些缺陷形成的原因进行了分析。
它介绍了填充压力差控制方法和模具对气泡和表面空气夹带行为的影响。
通过改变压力差的方法从普通吸铸件到“空气泄露”吸铸,降低空气泄露率,有效地消除气泡,并显著的减少表面的空气夹带。
用正方形浇道模具使表面的空气夹带减少到最低水平。
最后,对模拟结果进行了进一步的验证,实现了对排气阀的吸水模拟和实验。
关键词:
填充和凝固;γ-TiAl;排气阀;吸铸;模拟
1引言
随着提高能源效率的需求不断增加,为了减少汽车污染物的排放,发动机已导致严重考虑用于制造排气的轻质材料阀门[1-4]。
对于这样的应用,由于其低密度,高强度和刚度,高温高强度保持性和良好的抗氧化性[5-7],γ-TiAl基合金是强有力的候选。
与热机械加工和粉末冶金阀门制造技术相比,熔模铸造是高精度的经济处理技术[8,9]。
除了熔模铸造的优点,ISC的优点包括更好地充型铸件晶粒尺寸,减少夹杂物和更好地改善工作条件,因此ISC代表了一个有前景的生产γ-TiAl基合金的工艺路线。
压铸和凝固过程中的金属流动和温度变化对铸件质量无疑具有重要意义。
Kashiwai[12]等人利用X射线平片直接观察铸型充型,对铸造铝合金AC4C真空抽吸的铸造工艺分别在两个不同的吸入压力下和三种不同的减压速率进行。
结果发现,较高的吸气压力和减压速度,将熔融金属自由表面更加动荡,导致气体截流发生较早,数量较大的卷气、浇不足的风险较高。
Giese[13]等人基于合金矩形板A206的特点进行研究充型和凝固的一系列铝真空吸铸实验,以监测灌装率下各种吸压力的分布。
实验结果还表明吸压力分布对模具填充的影响是显著的。
然而,一个最近文献检索表明,只有微薄的细节信息的金属流动和温度的变化过程中模具的填充和凝固过程一直持续。
在各种铸造过程中,由于数值模拟不仅提供了一个洞察的充型和凝固过程,而且也降低了铸造成本和缩减了试制周期[14-16],顺序耦合渗流数学—热模型,基于商业有限—体积/有限差分编码流—三维有限元代码—PROCAST,研究了ISC对γ-TiAl基合金汽车排气阀的工艺。
通过计算得到了充型和凝固过程中的流场和温度场。
三种含气泡和表面的空气夹带的潜在缺陷发生在充型和凝固过程中形成的缩松预测。
在充模模拟过程中,考虑了填料压力差控制方法和模具对气体气泡和表面引风行为的影响。
最后对水模拟和吸铸实验的结果进行了充型和凝固模拟的评价。
2实验
2.1负压铸造实验
图1(a)说明用石墨管密封在一个中空的起升杆的一端的投资模具的原理图。
这是由一个灵活的软管通过控制阀和一个煤气罐(0pa)连接到真空系统的。
装有7kg熔料的Ti45Al8NbiB(%)合金和25kg容量的CAO坩埚TiAl汽车阀门模具(图1(b))与热绝缘装置(图1(c)),其中包括一个开放的不锈钢桶和一些石英砂,安装在真空吸铸中,均预热到873K。
经过真空熔化室和吸铸室后,他们便充一部分80000Pa氩气的压力,使填料压差熔炼室和油箱之间等于80000Pa。
一旦通过感应线圈加热熔融金属达到一个稳定的空间温度1953k,吸铸可向下移动到熔融金属管和一个预先设定的压力差之间,内部和外部的熔模模具是建立在通过切换控制阀和调节阀的空气泄露流量通过这些阀门的装置,以吸取熔融金属上坡。
提升管在融化的金属中保持了足够长的时间,称为压力保持时间,这样模具就能完全充型,铸件完全凝固;然后将它从熔融金属中取出,将残余熔体在模腔中融化到坩埚中。
铸件后,铸件TiAl合金是炉冷却。
熔模铸造由喷砂小心取出。
用一个复杂的三维x射线检系统GESEIFERTDP435是用来检查气孔隙度的铸件。
成品铸件都是从中间纵向部分削减了切割线,检测缩松。
图1吸铸设备:
(a)吸铸炉略图;(b)瓷砖汽车阀的模具;(c)模具隔热装置
2.2数值模拟
商业的通用计算流体动力学(CFD)码流-3D用在这里以模拟的TiAl汽车阀的吸铸,解决了联接质量,动量,基于有限体积上能量方程/有限差的模具填充法(FDM)[17]。
流体(VOF)方法的体积采用自由表面动力学准确地采集。
层流模型和重整化群(RNG)模型分别被用来描绘模具填充的层流和湍流特性。
和该RNG模型描述的低强度的湍流流动和流具有强剪切区域,这是在本研究关注的情况下,比常用的标准k-ε模型[18]更精确。
至于气泡,被认为是在(VOF)法的组合中简单绝热泡沫模型带阀模型实施模拟的动态行为[19]。
由于液体相的密度数量级比气相的高三个数量级,气泡可以合理地视为充满理想气体以均匀压力和温度,并且气泡内部的气体运动空隙区域被忽略。
借助于一个标记变量F计算单元中液体的体积分数时,气体在0和1之间的范围内,气泡的尺寸和形状可以被选自F的相邻细胞的值确定。
F的控制方程如下
(1)
这是用来促进气泡-液体边界,其中U是液体速度矢量,此外气泡的渐进变形假定等熵使得压力P,气泡内可能与气泡体积V,由
PVγ=const
(2)
其中γ是在恒定的体积下恒定的比热容量的比率压力,一个聚结的气泡的压力用容积加权先前分离的气泡的压力来实现。
FLOW-3D软件的瓣膜模型可以用于绝热泡沫泄于外部的模具。
阀可以被放置在模具中的任何位置。
假定疏散流动保持不可压缩和稳定,通过阀的体积流量可以由标准制剂得到:
(3)
其中Q是体积流量;A是横通气孔的截面面积;γ,C和ρ分别是压缩因子,摩擦损耗系数和密度;Pref是外部参考压力。
空气夹带是在金属脚轮使用浇道系统中的另一个缺点,在液体表面的空气夹带来自湍流漩涡的思想会把上面的小的液体元素放在一个自由表面上,可以抓住空气,把它带回到液体中[20]。
基本夹带过程是基于重力和表面张力的稳定和表面动荡的破坏作用之间的竞争。
湍流传输模型中特征尺寸,湍流漩涡的长度推断为
(4)
其中K是湍流动能,ε是湍流散热功能。
我们用这个尺度来描述表面稳定的能源。
每单位体积,Estab稳定动能与液体元件升到某一高度L相关,并与基于L的曲率表面张力能量有关,由下式计算
(5)
其中ρ1是液体的密度,g是重力垂直于自由表面的成分,σ是表面张力系数。
作为空气夹带发生的每单位体积,Eturb=ρ1K,湍流动能必须比Estab大。
每单位时间夹带空气的量δV,应该正比于表面积As,和平均水平表面之上的干扰可被配制成的高度:
(6)
其中Cair为比例系数(Cair等于0.5)。
使用ProCAST软件是基于有限元法(FEM)进行研究的,TiAl汽车阀的吸铸和凝固过程中解决了质量,动量和能量守恒方程之间的耦合。
根据吸铸过程中适当的压力保持时间,其定义为折衷铸造完整性和排出放回坩埚中的熔融金属的重量,必须首先以预测的结果来确定空隙度。
通过排水算法在模腔中的装置,降低到附图所限定的固体部分的所有剩余的液体(在本研究中附图取0.7的值),并连接到所述提升管的入口区域,将在由DRAINTIME的值指定的时间删除,由此可确定适当的压力保持时间。
这期间的TiAl汽车阀凝固过程中形成的收缩孔隙率包括大孔和微孔,以及它们所使用的等时线函数和丹山准则函数分别建模[15]。
图2(a)示出了用于TiAl金属汽车阀模具填充仿真完整的几何结构。
为了提高模拟精度,坩埚被作为很少能够在某些以前的出版物[12.16.21]中看到的器具。
在一个短的填充时间,开放的不锈钢桶和石英砂的影响下,对模具填充模拟的影响可以忽略不计。
气体通道的体积等于吸入管之间的连接管和在吸铸炉中的控制阀(图1(a))之和。
几何的网眼设置于图2(b)中给出。
在一个锯齿形接近实型铸造的轮廓中,几何图形被分为砖型正交元素。
元素的总数为2406400,平均每个单元尺寸为0.0025m。
啮合后,其它模拟也建立完成,其中包括施加于各区域的初始条件,边界条件和材料定义。
初始条件和边界条件的模具填充模拟可以用图2(c)概括。
所需的模具填充仿真的初始条件的细节在表1中列出。
最初在坩埚内的熔融金属停滞不前。
无滑移条件和自由滑移条件组成浇注系统内墙流场的边界条件,分别包括石墨管和投资模具,并在熔融金属的自由表面。
前面提到的瓣膜模型被安装在气体通道的上表面中心到气体释放到模具的外面位置。
图2几何(a),FDM网格(b)和初始边界条件(c)对充型模拟多弧离子镀汽车阀门
根据式(3)为了计算体积流量阀,两个重要的参数一个定义为Q,体积流速,Pref为0Pa;另一个是损耗系数Cval采取的形式如下
(7)
两种情况可以满足Cval的确定:
第一个是在一般吸铸,标称直径0.0008m的全开球阀放在绝热气泡投资模具的外部,因此排气口的横截截面面积A是一个已知量,Cval可以由式(7)直接算出(γ和C都取1);第二个是在漏气吸入铸造[22],销阀,球阀和流量计用来操控空气的泄露流率,因此体积流量Q是一个已知量而不是未知量,Cval可由式(3)和(7)推导:
(8)
考虑换热在充型过程中,钛铝合金熔化的金属之间的界面传热系数,浇注系统组件和周围的环境应被设置。
由于实际的吸入铸造,氧化钙坩埚和气体通道作为绝热体。
接触热传导在熔融金属和浇注系统组件之间的界面占据。
热通量q通过这个接口是根据计算
(9)
h是对流传热系数,T1是熔融金属表面的温度,T2是浇注系统组件内墙的温度。
自由表面的传热的熔融金属和浇注系统的外墙组件周围环境发生自然对流和辐射。
自然对流的传热系数和辐射边界条件应用于表面热通量q,由下式给出:
(10)
h’是对流传热系数(大约10Wm-2K-1),T3是熔融金属的自由表面浇注系统部件的外壁温度;T4是环境温度,δ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数(5.67×10-8Wm-2K-4),ξ是熔融金属浇注系统组件的热辐射率。
浇注系统部件之间的界面传热系数所用FLOW-3D位默认值。
表2总结了对流热传递系数的细节和热辐射率需要从审查当前文献[23-30]的模拟。
基于商业代码ProCAST的顺序耦合热模型,研制了模拟汽车阀门钛铝基合金的凝固过程。
这个概要文件的内部和外部之间的压力差由模腔的模具填充模拟,采用作为入口压力边界条件凝固模拟的输入。
由于这个原因,氧化钙坩埚被排除在几何的凝固模拟外,其中包含石墨提升管,投资模具中,开口的不锈钢槽填充有石英砂,从图3(a)可明显看出。
几何自动网状使用不规则的三角形元素,最小长度的入口区域立管和阀门领域是0.001m(图3(b))。
最终网由1348765个元素和283180个节点组成。
图3(c)提出了凝固过程模拟的初始条件和边界条件。
所需的凝固过程模拟的初始条件的详细情况在表1中也给出了。
速度场的边界条件的内墙浇注系统组件和自由表面的熔融金属也按照模具的模拟填充。
表1初始条件应用于吸钛铝合金的铸造模拟汽车阀门
表2界面传热系数用于吸铸钛铝合金汽车阀的建模
正如上面所讨论的,入口压力来自模具填充建模的结果,入口钛铝合金熔化金属的温度固定到1953K。
除了钛铝合金熔化的金属之间的热交换,浇注系统组件和周围的环境被称为模具填充模拟,应考虑保温设备之间的传热和周围的环境。
自然对流和辐射传热都负责外墙保温设备周围的环境。
在此过程中的热通量也可由式(10)表征。
不锈钢桶和硅砂的热发射率已经列于表2。
图3几何(a),有限元网格(b)和初始边界条件(c)钛铝合金的凝固过程模拟汽车阀门
由于在实验汽车阀的吸引铸造方法中采用的材料的行为进行建模,在宽的温度范围内,这些材料的性能的温度依赖性必须包含尽可能多与可用的数据。
所需的TiAl熔融金属[31-34],石墨冒口的热物理数据管[35]和熔模模具[25,36]的各种来源已在图4和图6总结。
硅砂温度依赖的热物理性质和不锈钢本从ProCAST中选择数据库。
钛铝合金的固相线和液相线熔融金属分别在1773K和1853K发现。
在凝固过程相变问题中的多弧离子镀熔融金属采用占焓法在凝固过程模拟,但是在模具填充建模中,潜热411500J.Kg-1[32,37]是假定为固相线和液相线温度之间线性释放。
图4钛铝合金熔化的金属的热物理性质
图5石墨管立管的热物理性质
图6熔模模具的热物理性质
2.3水模拟实验
水模型建立了允许直接观察吸入铸造过程中充填模式的自动阀门。
彩色的水被用来作为工作流体,实验模具的几何尺寸是相同的,熔模模具实际吸铸是由透明的丙烯酸制成。
流动的水和气泡行为的模式的模具被数码相机记录,使用视频捕捉软件AdobePremiere捕获数字视频图像的速度为每秒25帧。
实验装置和步骤已在先前的出版物[22]精心处理,因此并没有在这里指出。
3结果与讨论
3.1气泡和表面的空气夹带
填压差控制方法的两种类型的模具都参与了充模模拟,这两类圆柱形转轮和模具的浇道的尺寸分别为Φ0.175m×0.015m和0.116m×0.064m×0.020m,但在其它方面都是相同的。
如图7所示。
填压差控制方法的两种类型,一般和吸铸“漏气”已在2.2节讨论。
可变参数的细节在表3列出,其它参数保持不变,已在2.2节给出。
图7钛铝合金汽车阀门充型模拟的模具形状(a)圆柱形模具浇道(b)正方形模具浇道
计算预测模具充填序列和模腔压力变化的六个项目如图8-图10所示。
对于一般吸铸,为充分打开公称直径0.008m的球阀,调节罐装压差变化,模腔中的压力急剧下降(图10),从而使填充压力差急剧跃升。
由于压差作用,多弧离子镀熔融金属填满模具非常快,自由表面的熔融金属表现出凸曲率(图8(a))。
熔融金属推进方面首先达到模具的中心阀,然后达成双边阀(图8(b))。
当熔融金属剧烈地撞击圆柱形浇道时,熔融金属溅出了大量的气泡(用黄色圆圈表示)。
气泡在灌装过程中上升到阀门部分(图8(a)-(c))。
为了一个相对较高的填充速度,熔融金属的表面湍流在高层携入空气的体积分数在模具填充中变大(图8(a)-(c));0.3s携入空气的体积分数为35.4%。
“漏气”吸铸的空气泄露流量是8.44×10-4m3s-1,灌装压差逐渐增加(图10),所以模具填充速度低于一般吸铸。
连续灌装完成后,熔融金属填充的圆柱形浇道变得平静,熔融金属在同一时间抵达模具的三个阀门(图8(d)和(e))。
但根据流体力学的质量守恒定律,阀门零件的灌装速度高于立管和圆柱形浇道。
这就是为什么在这个区域出现少量气泡的原因(图8(e)和(f))。
通过比较图8(b)和(e),明显看出携入空气的体积分数明显降低,也可以归因于低填充速度。
当我们减少空气泄露流量为6.33×10-4m3s-1,填充压力差异略有增加(图10)。
灌装速度是这三个项目中最低的。
如图8(g)-(i)所示,没有连续和完整的气泡填充,携入空气的体积分数降低到最小值。
表3用于充型模拟钛铝合金汽车阀门的变量参数
至于另一种类型的模具,正方形浇道的模具填充的影响结果和气泡行为,通过比较,正方形流道(图9)与圆柱形浇道(图8)的充模仿真结果是可以忽略的。
项目1和4,2和5以及3和6之间压力曲线的匹配为这种结果(图10)做了足够的指示。
尽管表面夹杂空气,仔细检查图8(a)-(c)和图9(a)-(c),图8(d)-(f)和图9(d)-(f),图8(g)-(i)和图9(g)-(i)表明,采用正方形浇道模具与采用圆柱形浇道模具相比,携入空气的体积分数略低。
由于正方形浇道模具的立管,浇道和内浇口三个部分的横截面积比被假定为1.7:
6.2:
1比圆柱形浇道模具1.7:
25.5:
1的值小的多,因此根据流体力学的质量守恒定律,用正方形浇道的模具的填充速度比圆柱形浇道模具的变化更平缓,并且填充正方形浇道模具发生的湍流能量低于填充圆柱形浇道模具,从图11可以看出。
这是对正方形浇道模具表面空气夹带效果的合理的解释。
总结上面的讨论,“漏气”吸铸空气泄露流量为6.33×10-4m3s-1,并且如果铸造牢固钛铝基合金汽车阀时,建议用正方形浇道模具。
图8在不同的时间TiAl基合金汽车阀吸铸模拟观察到的模具填充序列:
(a-c)项目1(d-f)项目2,(g-i)项目3(携入空气的体积分数为彩色部分)
图9在不同的时间TiAl基合金汽车阀吸铸模拟观察到的模具填充序列:
(a-c)项目4,(d-f)项目5,(g-i)项目6(携入空气的体积分数为彩色部分)
图10计算的模腔压力变化携入的空气急剧减少,也可以归因于低填充速度
图11内浇道入口的中心点的湍流能量项目2和项目5区域变化
3.2检验水模拟和吸铸的实验
为了评估充模模拟的准确性,我们比较它们在2.1和2.3节中描述的水模拟和吸铸实验。
充型模拟水实验的一般“漏气”吸铸需要被考虑到。
填充过程使用的那些水被认为是等温流体性质的(密度,粘度在293K)。
实验中建立了两个全尺寸的几何图形来模拟水的充型模拟过程,如图12(a)和(c)。
几何图形被分为1897660个元素(图12(b))和2606912个元素(图12(d)),平均每个元素大小为0.003m。
内部和外部模腔的环境压力为101325Pa。
正如2.2节中所讨论的,三个阀模型的每一套模具的每个阀杆的顶部被用来模拟三个喷口直径为0.008m的排放到外面的有机玻璃模具的绝热泡沫,为一般吸铸水模拟实验。
所有外部参考压力Pref,涉及的三个阀门型号是89925Pa,所以填差压是11400Pa。
与之相关的另一个要参数,阀损耗系数Cval,根据式(7)的等式5×10-5m7/2·kg1/2。
(在295k时空气的密度为1.25kg/m3)。
与上面类似,充型模拟的水模拟实验的“漏气”吸铸,只有一个安装在气体通
道上表面的中心代表的控制阀阀模型来调节空气泄露流量。
外部参考压强Pref,固定为50662.5Pa,我们知道,通过阀门的体积流率Q等于1.94×10-4m3s-1,阀门损耗系数Cval,从式(8)推断为8.63×10-7m7/2·kg-1/2(模腔的内部和外部的环境压力为101325Pa,填充压力差为50662.5Pa)。
图13列出了模具填充序列一般吸铸的水模拟实验和数值模拟的比较。
图12水模拟实验模具的填充建模:
几何(a)和FDM网格(b)对水模拟实验的一般吸铸;几何(c)和FDM网格(d)对水模拟实验吸铸的空气泄露
如图13所示,水首先到达模具中心阀的前面,然后到达双边阀造成相对较高的的填充速度(图13(b)和(e))。
气泡,由黄色圆圈表示,出现在有机玻璃模具的圆筒形平台,但没有出现在立管的充填管(图13(a)和(d))。
为了持续填充,由于流动作用它们升到(图13(b)和(e))所述的阀门部位。
预测的填充时间为0.28秒,与水模拟实验(图13(c)和(f))相同。
通过比较这两个模具填充现象,可以看出仿真结果与观察到的填充模式,气体泡沫行为和填充时间。
之前描述相同预测趋势继续与实验模具填充现象在水模拟实验“漏气”吸铸(图14)相比较。
图13在给定时间下,比较灌装压力11400Pa下的水模拟实验直径为8mm的一般吸铸(a-c)及其数值模拟(d-f)的模具填充序列
图14在给定时间下,比较灌装压力50662.5Pa下的水模拟实验空气泄露流量为1.94×10-4m3s-1的“漏气”吸铸(a-c)及其数值模拟(d-f)的模具填充序列
图15显示了X光射线照相法和多弧离子镀的中间垂直切面检查汽车阀门制造的一般和“漏气”吸铸。
所有的三个阀,通过采用一般吸铸浇铸的全开口,公称直径0.008m的球阀来控制灌装压差变化,有严重的气孔隙度(图15(a))。
至于“漏气”吸铸阀门,制造的空气泄漏流量为2.78×10-3m3s-1,气体峰值只发生在两三个阀门之间(图15(b))。
当空气泄漏流量下降到2.08×10-3m3s-1,阀门的气体峰值消失(图15(c))。
随着空气泄漏流量继续下降,所有的三个阀门变成底部填充(图15(d)),阀头也没有气体峰值,只有一些收缩峰值(图15(e))。
检查相应的模具填充仿真如图9所示,我们还看到实验结果和预测结果吻合,尽管预测临界空气泄漏流量(6.33×10-3m3s-1)略低于实验(2.08×10-3m3s-1)。
这种差异可能是由于多弧离子镀的熔融金属的充型模拟被认为是牛顿流体粘度的一个常数。
但粘度熔融金属的实际吸铸,是一个应变率和温度的函数,继续增加模具填充效果,所以在相同的填充压差下,较小粘度流体的充型模拟产生较高的灌装速度,更密集的表面湍流和一个较小的热量损失,导致较低的临界空气泄漏流量和降低滞留的风险。
图15x射线和γTiAl合金汽车排气阀的中间垂直段由一般和“漏气”吸铸制造:
(a)一般吸铸采用公称直径0.008m的全开放式球阀;(b)“漏气”吸铸流量是2.78×10-3m3s-1;(c)“漏气”吸铸流量是2.08×10-3m3s-1;(d)“漏气”吸铸流量是6.33×10-4m3s-1
3.3收缩峰值
在多弧离子镀汽车阀门吸入铸造实验结果的基础上,“漏气”吸铸控制法的空气泄漏流量为2.08×10-3m3s-1,正方形浇道将继续应用在凝固过程建模中。
其它铸造参数已在2.2节给定。
正如上面所讨论的,适当的压力耽误了时间的确定。
图16显示了压力滞留时间在TiAl汽车阀门铸件最终形状的影响。
如果压力滞留时间太短,铸件由于过早排水出现了浇不足,导致铸件没有完全凝固(图16(a)),然而,如果压力滞留时间太长,抽回坩埚的熔融金属重量很小,即材料的利用率很低,尽管铸件没有完全固化。
适当的压力滞留时间可以权衡铸件的完整性和吸入铸造过程的经济性。
“漏气”吸铸钛铝合金汽车阀门,压力计算滞留时间确认为73S,见图16(b)。
TiAl合金汽车阀铸件的计算和观察到的最终形状的匹配被作为凝固过程建模精度的足够指示。
接下来在凝固过程中形成的收缩峰值使用等时线函数和丹山准则函数预测(Nc)的值为5×10-2K1/2s1/2m-1。
在图17(a)和(b)中,可以看出,沿阀的中心轴安装在一个小数目微孔的茎和一个正方形浇道中心的大孔下。
温度场对微孔的潜在位置有很大影响,如图18阀茎中心轴附近的区域(在图18用青色圆圈表示)比该部分的其余部分趋于更长的热量保持。
随着凝固的进行,连接到内浇口的喂养路径被过早的切断,然后在这些孤立区域产生微孔(由图18(b)和(c)的青色圆圈表示)。
从图16(b)和(c)可明显看出,这就是为什么在正方形浇道中心大孔隙形成微孔的原因。
图16预测TiAl合金汽车阀铸件制造的最终形状通过不同压力滞留时间的“漏气”吸铸和实验验证(浇铸温度为1953K,熔模模具的预热温度为873K,填充压力差为80000Pa,空气泄露流量为2.08×10-3m3s-1,模具采用正方形浇道)
实验观察和它们的收缩孔隙率,大孔和微孔的示意图,如图17(c)和(d)。
当它们用相同的铸造参数进行结果模拟比较时,观察到的结果令人一致满意。
人们普遍认为,缩孔导致铸件的机械性能下降[38],因此,今后的努力将在集中找出消除孔隙缺陷的策略。
图17预测“漏气”吸铸压力滞留时间为73s和验证制造钛铝合金汽车阀门铸件的潜在缩孔的位置:
(a)凝固过程模拟的大孔隙度;(b)凝固过程模拟的微孔性;(c)“漏气”吸铸的大孔隙度(d)显微疏松的“漏气”吸铸(其它铸造参数和图16列出的一样,图17(a)和(b)的绿色区域代表大孔隙度和微孔率)
图18压力保持时间为73s的“漏气”吸铸实验制造TiAl合金汽车阀的温度场模拟
4结论
从
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- TiAl 合金 气阀 吸铸充型 凝固 过程 中的 模拟